紫外電子光譜聯(lián)合紅外分子光譜檢測(cè)早期腫瘤全面確診的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]光是由不同波長(zhǎng)的電磁波組成的，在光譜分析中，光譜圖將某一恒星發(fā)出的光劃分成不同波長(zhǎng)的光線，從而形成一條彩色帶，我們稱(chēng)之為光譜圖。恒星中的氣體要吸收某些波長(zhǎng)的光，從而在光譜圖中就會(huì)形成暗的吸收線。每一種元素會(huì)產(chǎn)生特定的吸收線，天文學(xué)家通過(guò)研究光譜圖中的吸收線，可以得知某一恒星是由哪幾種元素組成的。將恒星光譜圖中吸收線的位置與實(shí)驗(yàn)室光源下同一吸收線位置相比較(紅移、藍(lán)移)，可以知道該恒星相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的情況。
[0002]分子光譜學(xué)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，也越來(lái)越接近宇宙奧秘，并廣泛應(yīng)用光譜分析法來(lái)探測(cè)生命宇宙。近年來(lái)，振動(dòng)光譜，包括FTIR-ATR光纖，顯微紅外光譜，F(xiàn)T-Raman光譜和近紅外光譜等方法被用來(lái)區(qū)分正常組織和腫瘤組織，利用兩者在光譜中一系列吸收峰的差異來(lái)判別。這些方法有很多優(yōu)勢(shì)，由腫瘤形成演變過(guò)程來(lái)看，首先是基因發(fā)生變化，導(dǎo)致相應(yīng)分子結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)一步形成癌細(xì)胞，直至腫塊的形成，具有占位效應(yīng)，這時(shí)才能用核磁共振、C T、B超、X光等物理方法檢測(cè)出來(lái)。而紅外和拉曼光譜可作為分子結(jié)構(gòu)變化的靈敏探針，檢測(cè)出腫瘤分子結(jié)構(gòu)的異常，即在腫瘤發(fā)生的第二個(gè)階段就有可能檢測(cè)到癌癥，有可能發(fā)展成為一種腫瘤早期診斷的方法，而早期診斷是癌癥治療的關(guān)鍵，因而發(fā)展光譜法診斷癌癥具有重要意義。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]紅外光譜廣泛地應(yīng)用于生物體系特別是腫瘤細(xì)胞或組織的分析是近二十年的事，到1984年，紅外光譜才被用于正常人、自血病患者血細(xì)胞中的淋巴細(xì)胞研究…，究其原因是因?yàn)樯矬w系復(fù)雜，分子種類(lèi)多，含有大量的化學(xué)基團(tuán)，這些化學(xué)基團(tuán)的吸收帶相互折疊成為復(fù)雜的吸收帶，另外水的強(qiáng)吸收帶還掩蓋了生物分子吸收帶，使得生物體系的紅外光譜復(fù)雜、難以解析和應(yīng)用.70年代后，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、Fourier變換儀器的發(fā)展，這些問(wèn)題才逐步被解決。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，水的吸收峰很容易從樣品中扣除，重疊的峰可以分開(kāi)…，使其生物領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。紅外光譜儀真正成為生物體的研究工具，是從1984年用于人淋巴細(xì)胞的研究開(kāi)始的。傅里葉變換紅外光譜儀的發(fā)展極大地提高信噪比，縮短測(cè)量時(shí)間，使得其應(yīng)用發(fā)展迅猛，已經(jīng)由化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展到分子生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。
[0004]腫瘤的生物化學(xué)特性表現(xiàn)為:細(xì)胞癌變必然引起細(xì)胞組分如蛋白質(zhì)、核酸、糖、月旨和水分子在含量、構(gòu)型、構(gòu)象、分子間及分子內(nèi)相互作用等方面的改變。癌細(xì)胞的基本生物化學(xué)特征是惡性增殖、分化不良、侵襲周?chē)M織和轉(zhuǎn)移。惡性增殖的生物化學(xué)基礎(chǔ)是有關(guān)合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分的代謝途徑如核酸、核苷酸的合成代謝、蛋白質(zhì)的生物合成都明顯增強(qiáng)；增殖常常是分化的前提，癌細(xì)胞增殖愈快，分化愈差，在腫瘤生化表型上出現(xiàn)分化異?，F(xiàn)象。細(xì)胞癌變時(shí)，細(xì)胞膜在組成、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生變化，如膜蛋白丟失，表面負(fù)電荷增加。癌細(xì)胞的基本生物化學(xué)特征是腫瘤的紅外光譜分析基礎(chǔ)。與正常組織的FTIR相比，腫瘤組織的FTIR在譜型、吸收頻率、峰強(qiáng)度等譜學(xué)參數(shù)方面存在著顯著的差異。這些差異性提示:癌變細(xì)胞和組織中核酸相對(duì)含量增加；糖原或膠原的相對(duì)含量下降:核酸分子中磷酸二酯基團(tuán)的氫鍵結(jié)合力增強(qiáng)；脂質(zhì)中亞甲基鏈變得更加無(wú)序。傅立葉紅外光譜在癌癥診斷中的應(yīng)用獲得了一些有意義的結(jié)果:(I)正常細(xì)胞組織與腫瘤細(xì)胞組織在FTIR譜型、吸收頻率、相對(duì)強(qiáng)度等譜學(xué)參數(shù)上存在著明顯的差異性，這些譜學(xué)差異性揭示它們?cè)诜肿铀缴系慕M成和分子結(jié)構(gòu)差異性。(2)紅外光譜分析結(jié)果與病理診斷結(jié)果具有很好的相關(guān)性，提示紅外光譜可用干腫瘤的良惡性鑒別、腫瘤的分型和分級(jí)?？蓮姆肿由涎芯堪┳儥C(jī)理為將來(lái)分子水平診斷癌癥提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]通過(guò)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)良、惡性組織的傅里葉紅外光譜之間存在明顯差異，其中惡性腫瘤光譜有以下特征；(I)癌組織的酰胺I帶明顯紅移(p〈0.01)，酰胺II帶卻出現(xiàn)藍(lán)移(P〈0.05)，癌組織光譜中11640 / 11460和11640 / 11550較良性組織明顯升高(P〈0.01)，說(shuō)明惡性腫瘤不僅蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化，蛋白質(zhì)的量化上也有明顯變化。研究癌組織中蛋白質(zhì)與核酸分子氫鍵的特征認(rèn)為，氫鍵是維系和促進(jìn)蛋白質(zhì)和核酸高級(jí)結(jié)構(gòu)的重要作用力。癌變時(shí)氫鍵的變化與癌細(xì)胞的特殊生物學(xué)行為密切相關(guān)，因此有可能利用氫鍵的這些光譜特征作為乳腺癌診斷和預(yù)測(cè)癌變可能性的指標(biāo)。(2)蛋白質(zhì)吸收譜帶的變化:組織癌變后表征蛋白質(zhì)氨基酸殘基的譜帶發(fā)生位移，由1155cm移至1165cm，說(shuō)明其蛋白質(zhì)種類(lèi)發(fā)生了變化，基團(tuán)的氫鍵化程度增加；(3)與核酸相關(guān)的1241cm-l譜帶明顯藍(lán)移至(12381.29±2.87) cm-1，I1080/I1460較良性腫物組織有升高(P〈0.05)，表明癌組織中磷酸二酯基團(tuán)中P02增加，癌細(xì)胞中核酸含量的增加是譜帶增強(qiáng)的因素之一。磷酸化蛋白含量的增加對(duì)該譜帶具有重要貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明，紅外光譜有望成為快速診斷惡性腫瘤手段。
[0006]分子內(nèi)部是由各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所形成的能級(jí)結(jié)構(gòu)。分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)有電子運(yùn)動(dòng)、分子振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)，它們的能量都是量子化的，故可形成電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。分子的電子能級(jí)為?ο電子伏特m量級(jí)，與原子的能級(jí)差不多；分子的振動(dòng)能級(jí)大約是電子能級(jí)的倍，分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)大約是電子能級(jí)的m / M倍，其中m是電子的質(zhì)量，M是典型分子的質(zhì)量。由于典型分子的質(zhì)量比電子質(zhì)量要大數(shù)千倍至萬(wàn)倍，從而分子振動(dòng)能級(jí)為
0.1電子伏特(eV)，轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)為0.0OleV，分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)還應(yīng)包括電子躍遷運(yùn)動(dòng)。即只有腫瘤DNA電子能級(jí)的躍遷運(yùn)動(dòng)才能決定腫瘤分子振、轉(zhuǎn)能級(jí)的躍遷差異運(yùn)動(dòng)。因此分子的能級(jí)比原子的能級(jí)復(fù)雜。用比原子豐富、復(fù)雜得多的傅里葉紅外分子光譜來(lái)單獨(dú)檢驗(yàn)決定良、惡性組織的之間差異是片面的。這也正是紅外分子光譜猶豫不決的重要原因。
[0007]武大醫(yī)學(xué)病毒所人員利用一種紫外吸收光譜技術(shù)，成功探測(cè)到HeLa細(xì)胞量子與動(dòng)量關(guān)系，這就是著名的德布羅意波長(zhǎng)與動(dòng)量的關(guān)系，該式與《=hv—起就是我們熟知的愛(ài)因斯坦-德布羅意關(guān)系式。“生物德布羅意”把能量傳遞的速度與癌聯(lián)系起來(lái)。證明了腫瘤增殖波的群速度等同于腫瘤中各基本粒子的浸潤(rùn)速度。對(duì)癌細(xì)胞侵蝕性研究形成了比較完整的癌基因物理論。經(jīng)紫外電子光譜檢測(cè)癌細(xì)胞、癌DNA、癌RNA、癌蛋白質(zhì)紫外線吸收最高峰方面都較正常組織DNA等吸收峰而趨向于藍(lán)移現(xiàn)象。原癌基因紫外吸收峰波長(zhǎng)為260毫微米，原癌基因突變成癌基因后紫外吸收峰波長(zhǎng)發(fā)生改變表現(xiàn)為255毫微米高激發(fā)態(tài)物質(zhì)。波長(zhǎng)向短波方面移動(dòng)了 5毫微米所相當(dāng)相互用